I. bases moleculares_de_la_herencia

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I. bases moleculares_de_la_herencia

  1. 1. Bases moleculares de la herenciaEl principal objetivo de la genética es identificar el significado de las variaciones y mutaciones genéticas que predisponen a laenfermedad, para modificar su evolución o impedir su aparición. Casi todas las enfermedades son causa de acción combinada, peropor factores genéticos se reconocen 3 tipos principales:Trastornos El defecto no se debe a un error en la secuencia genética, si no a un exceso Síndrome de Downcromosómicos o defecto de los genes contenidos en cromosomas enteros o fragmentos (Trisomía 21)Trastornos Causados por genes mutantes individuales. Fibrosis quísticamonogénicos a.Emparejada: mutación sólo en un cromosoma, y el par sano Anemia de células falciformes b. Ambos cromosomas del par génico Síndrome de Marfan Puede también ocurrir en el cromosoma mitocondrialTrastornos Responsable de la mayor parte de las enfermedades. No se sigue ningún Congénitos: Hirschsprung, labio ymultifactoriales patrón característico. paladar hendido, cardiopatías No parece existir un error único en la información genética, sino que la Enf. Alzheimer, diabetes e HAS enfermedad es el resultado de uno, dos o más graves defectos que pueden causar o predisponer a enfermedad en conjunto con factores ambientales.El genoma humano y las bases cromosómicas de la herenciaEl genoma humano se compone de grandes cantidades de DNA, que contienen toda la información genética necesaria. - Toda célula nucleada del cuerpo contiene su propia copia del genoma humano, que contienen 25.000 genes. - Los genes están codificadas en el DNA, que se estructura en una serie de cromosomas. - Cada especie tiene un complemento cromosómico característico: cariotipo (número y morfología de cromosomas) - Los genes se alinean a lo largo de los cromosomas y cada uno ocupa un lugar preciso o locus - Mapa genético, es el mapa de la localización cromosómica de los genes.Todas las células excepto las de la línea germinal o gametos, se denominan somáticas y tienen 46 cromosomas, 23 pares decromosomas homólogos. De éstos, 22 son semejantes en ambos sexos, que se denominan autosomas, y el par restante es de loscromosomas sexuales. - Los cromosomas homólogos, uno heredado de la madre y otro del padre, contienen información genética congruente entre sí. Poseen los mismos genes y en la misma secuencia. Sin embargo en un locus específico puede haber formas diferentes del mismo gen, o de los alelos. - Los cromosomas sexuales, el X lo hereda el padre a sus hijas y el Y a sus hijos. Estructura del DNA Se constituye de: (1) azúcar con 5 carbonos, desoxirribosa (2) base purínica – A y G – y pirimidina – T y C – (3) grupo fosfato y se polimerizan en cadenas largas debido a los enlaces 5’-3’ entre la desoxirribosa. - La estructura original de Watson y Crick, es una doble hélice. Dos cadenas de polinucleótidos en direcciones opuestas unidas por puentes de hidrógeno entre las bases.Cada cromosoma humano está constituido por una única doble hélice de DNA continuo, de manera que el genoma son 46 moléculasde DNA que suman en total más de 6.000 millones de nucléotidos. - En el interior de la célula, el genoma se dispone formando la cromatina (DNA formando complejos con varias proteínas) excepto durante la división celular que se condensa. o Histonas, 5 clases: H2A, H2B, H3 y H4 que constituyen un octámero en donde se enrolla el DNA como carrete. o Cada complejo de DNA con su núcleo de histonas se denomina nucleosoma.  Cada octámero tiene 140 pares de bases, y entre ellos hay de 20-60 más “espaciador”, lo que da 200 pares de bases o La histona H1 se enlaza en el margen de cada nucleosoma o Las largas hebras de nucleosomas, forman fibras de 30nm que se les llama selenoide. o A su vez, los selenoides se organizan en bucles y se acoplan en la matriz nuclear.El cromosoma mitocondrial se hereda exclusivamente por vía materna. Tienen DNA circular de 16kb de largo y codifica sólo 37genes.
  2. 2. Las regiones del genoma con características similares no están repartidas de manera aleatoria sino que tienden a agruparse. Unaszonas son ricas en genes (que sus anomalías tienen claramente más consecuencias clínicas), a comparación de las pobres en genes. - De todo el DNA, realmente menos del 1.5% codifica proteínas, y alrededor del 5% contiene elementos reguladores. - Lo demás son secuencias de DNA de copia única o DNA repetitivoDNA de copia única DNA cuya secuencia de nucleótidos está representada una sola vez. Constituye al menos la mitad del DNA del genoma, pero su función sigue siendo un misterio.DNA repetitivo a. Repeticiones agrupadas en una o pocas localizaciones (10-15%) Están organizadas en tándem y se denominan DNA satélite Muchas son importantes como herramientas moleculares ya que son fáciles de reconocer. b. Repeticiones están dispersadas y mezcladas con secuencias de copia única. o Familia Alu o Familia LINE Están secuencias dispersas tienen importancia médica, por lo que pueden generar copias de sí mismas que pueden integrarse a cualquier lugar del genomaCariotipo humanoLos cromosomas condensados de una célula humana en división pueden analizarse con más facilidad en metafase o prometafase. - La mayoría de los cromosomas pueden distinguirse no sólo por su longitud, pero por la constricción primaria (el centrómero es un marcador reconocible que divide el cromosoma en dos brazos, uno corto “p” y uno largo “q”El método de tinción de Giemsa (Bandas G) técnica más utilizada por los laboratorios de citogenética clínica. Primero se tratan contripsina para digerir las proteínas y después con tinción de Giemsa. - Cariotipo: cortar los cromosomas de una microfotografía y ordenarlos en pareja en una clasificación estándarDivisión celularInterfaseEs el periodo entre dos mitosis sucesivas, dura aproximadamente 16-24 horas G1 Inmediatamente después de la mitosis la célula entra a esta etapa (el estado en donde pasa más tiempo) Hay unas células que no entran en división (neuronas y eritrocitos) si no que pasan aquí indeterminadamente G0 S La célula entra a división celular, la síntesis de DNA originados en zonas de orígenes de replicación. Se replica y se convierte en un cromosoma bipartido, compuesto por dos cromátides hermanas. - Las cromátides hermanas formadas de telómeros y centrómero, que se asocia para formar el cinetocoro - Las telomerasas aseguran la síntesis intacta y no acortada de telómeros (en ausencia cada ves son más cortos) G2 Breve periodo en donde la células crece para finalmente doblar su masa antes de la mitosis.MitosisDivisión normal de las células somáticas gracias a la cual el cuerpo crece, se diferencia y se regenera. Dura 1-2 horas. 1.Profase Hay condensación gradual de los cromosomas y el comienzo de formación del huso mitótico. Los centrosomas se mueven hacia los polos 2. Prometafase Cuando se rompe la membrana nuclear y permite a los cromosomas dispersarse por la célula y acoplarse al huso mitótico por sus cinetocoros. 3. Metafase Cuando los cromosomas alcanzan su máxima condensación y se disponen en el plano ecuatorial (equilibrados por fuerzas de cinetocoro-centrosoma) 4. Anafase Cuando Los centrosomas jalan cromátides hermanas a los distintos polos y así se convierten en cromátides hijos independientes. 5. Telofase Los cromosomas comienzan a descondensarse y se empieza a formar la membrana nuclear. - Citocinesis en donde se divide el citoplasma y se escinde la célula.
  3. 3. MeiosisDivisión de las células de la línea germinal dan lugar a gametos haploides. Cosiste en una ronda de síntesis de DNA seguida de dosrondas de segregación cromosómica y división celular. Se denominan meioisis I -división reduccional- y meiosis II. Meiosis I (División reduccional) 1.Profase I - Leptoteno: los cromosomas empiezan a condensarse, las cromátides hermanas están tan estrechamente alineadas que no pueden distinguirse - Cigoteno: los cromosomas homólogos empiezan a emparejarse “proceso de sinapsis” Hay un complejo sinaptonémico, que tiene forma de cinta para recombinación - Paquiteno: En donde los cromosomas se enrollan y se lleva a cabo el entrecruzamiento - Diploteno: desaparece el complejo sinaptonémico y los dos componentes de cada bivalente empiezan a separarse. Sólo quedan unidos en los quiasmas - Diacinesis: en donde los cromosomas alcanzan su máxima condensación 2. Metafase I Desaparece la membrana nuclear y los cromosomas se han formado al huso y alineado en el eje ecuatorial 3. Anafase I Los cromosomas se separan y sus respectivos centrómeros con cromátides hermanas se dirigen a los polos opuestos. Se le llama “disyunción” para reducir cromosomas a la mitad 1N * Las bilvanentes se distirbyen de manera independiente y aleatoria. El número 23 posible de combinaciones es de 2 más las del entrecruzamiento. * Puede producirse la no disyunción que da 22 pares de cromosomas o 24 4. Telofase I Los dos conjuntos haploides están agrupados en el polo de las células. - Citocinesis se dividen las células. En la espermatogénesis en partes iguales y en la ovogénesis un producto recibe casi todo el material celular dejando al otro en el primer corpúsculo polar Meiosis II No tiene fase S, así que el número de cromosomas de la célula que entra de nuevo es haploide. Y entra inmediatamente después a otra fase meiótica. - El resultado es cuatro células haploides (en caso de ovogénesis una nadamás) que tienen 23 cromosomasGametogénesis y fecundación humanaLas células germinales migran del endodermo de la vesícula vitelina hacia las crestas genitales (las gónadas primitivas) a la 4 semana.Meiosis femeninaSe inicia durante la vida fetal con un número limitado de células, al nacimiento hay millones pero solo maduran 400 que sonexpulsados durante los ciclos de ovulación.Ovogonias ovocitos primarios hacen meiosis I que se queda en arresto en profase I hasta que se inicia la ovulación ovocitosecundario u “óvulo” que entra a meiosis II pero que se queda en arresto hasta la metafase II y se completa la segunda meiosis sóloen caso de ser fecundado.Meiosis celular masculina y espermatogénesisSe inicia de manera continuada en muchas células de la población de la vida adulta del varón.Espermatogonias Espermatocito primario hace meiosis I espermatocito secundario hace meiosis II espermátide que yamadura en espermatozoideGenesGen: secuencia de DNA cromosómico necesario para la elaboración de un producto funciona, sea un polipéptido o una moléculaRNA funcional. - Incluye no solo las secuencias codificantes, también secuencias codificantes, sino otras secuencias de nucleótidas adyacentes necesarias para la adecuada expresión del gen y reguladoras.
  4. 4. o Intrones, secuencias no codificantes que interrumpen secuencias codificantes. o Exones secuencias codificantes o Nucleótidos adyacentes aportan las señales de inicio y terminación en la región promotora  Los promotores son importantes para dar la señal de inicio de la transcripción  Los potenciadores son independientes de la posición y la orientación y funcionan solo en ciertas células o Elementos de regulación pueden ser sitios de mutación, son potenciadores, silenciadores y regiones de control de locus.Las estimaciones actuales indican que el genoma contiene 25.000 genes. El producto de la mayor parte de los genes es una proteínacuya estructura determina en última instancia las funciones concretas que desempeña dicha proteína.Aún sólo teniendo 25.000 genes, se tienen mucho más proteínas que ese número debido a: - Muchos genes pueden producir múltiples proteínas distintas, no sólo una. Esto se consigue mediante el uso de segmentos de codificación alternativos en los genes y a través de la modificación bioquímica de la proteína codificada. - Las proteínas individuales no actúan por sí mismas, sino que establecen redes complicadas funcionales en las que participan de manera coordinada. Tienen una naturaleza combinatoria. - Para cada gen se tienen dos copias, una en el cromosoma heredado de la madre y otro del padre. Ambas copias presentan expresión y generan un producto.Familia de genes: secuencias con similitud de secuencia de nucléotidos de los mismos genes o de secuencia de aminoácidos. - Familia de las cadenas de proteínas de las hemoglobinas. La alfa (16) y la beta (11) - Familia de genes de receptor olfatorio, se localizan en todo el genomaSeudogenes: secuencias de DNA que muestran una gran similitud con genes conocidos pero que carecen de función. a. No procesados, son productos intermedios de la evolución y representan genes “muertos” que en algún momento fueron funcionales pero que ahora son un vestigio. b. Procesados, se han formado por un proceso llamada retro transposición que conlleva la transcripción la generación de una copia de DNA a través de una de mRNA y finalmente reintegración de ésta al DNA principal (carece de intrones)Genes no codificadores: cuyo producto final es RNA no una proteína. Una clase importante de genes RNA no codificadores es laconstituida por los genes micro RNA (miRNA).Dogma central: DNA RNA PROTEÍNALa estructura química del RNA es similar a la del DNA, solo que tiene un azúcar ribosa en lugar de desoxirribosa, el uracilo reemplazaa la timina de las pirimidinas, es de una sola cadena y dirige la síntesis y secuencia de los polipéptidos.DNA almacena el código genético en el que la secuencia de bases adyacentes determina en último extremo la secuencia deaminoácidos del polipéptido codificado. Se sintetiza el RNA mediante proceso de transcripción, se transporta a citoplasma para latraducción en los ribosomasTranscripción 1. Se sintetiza el RNA a partir de la plantilla de DNA por la RNA polimerasa II. o Se inicia en el “lugar de inicio, al comienza de la región 5’ transcrita pero no traducida denominada UTR, en dirección 5’a 3’  Caja TATA es una región promotora que es rica en adenina y timinas 25-30 pares de bases hacia arriba de; sitio de la transcripción, la cual es importante para determinar la posición de inicio. o La cadena de DNA codificante se le llama a veces “con sentido” y a la no codificante se le llama “antisentido” 2. Ensamblaje del RNA: o Splicing: Tras una modificación en los extremos 5’y 3’ del transcrito primario del RNA, las porciones de intrones son separas y los segmentos correspondientes a los exones son empalmados unos con otros. o Es procesado añadiendo una estructura química llamada “caperuza” al extremo 5’del RNA y cortando el extremo 3’ en un punto específico. o Le sigue la adición de una cola poli-A en el extremo 3’ del RNA, que incrementa su estabilidad 3. El RNA procesado, llamado ahora ya mRNA, que se transporta el núcleo al citoplasma para descodificar o traducido. La mayor parte de los ejemplos de modificaciones en la expresión de los genes está en relación con alteraciones en el nivel de transcripción, con corte, empalmes alternativos o con modificaciones post- traducción. En estos ejemplos el genoma no sufre cambios y lo que tiene lugar es una modificación dinámica de la regulación, no de la estructura de los genes.
  5. 5. Hay ejemplos importantes de genes que en sí cambian como consecuencia de reordenamiento físico del genoma, mutaciones.TraducciónTiene lugar en los ribosomas, compuesto de rRNA e implica que el tRNA proporcione un enlace molecular entre el código contenidoen la secuencia de bases de mRNA y la secuencia de aminoácidos de la proteína.La clave para la traducción es un código que relaciona aminoácidos específicos con combinaciones de 3 bases contiguas a lo largo delmRNA que se llaman codones. (64 codones constituyen el código genético) - El código es degenerado, debido a que solo existen 20aa y 64 codones, la mayoría de los aa están especificados por más de un codón. o Hay codón de inicio que siempre es la metionina AUG, el cual establece el marco de lectura. o Hay codones de terminación (o sin sentido) UGA, UAA, UAGLos enlaces moleculares entre los codones y los aa son establecidos a través de la tRNA, en la cual existe un anticodón para cadacodón del mRNA, y con eso se identifica el aa que se debe unir. Se establece un enlace peptídico con el extremo carbonilo de lacadena en formación. El ribosoma entonces se desliza para leer otro codón del mRNA en dirección 5’-3’ Diversidad de las inmunoglobulinas y los TCR de linfocitos T Este es un ejemplo único de reagrupamiento somático, mediante el cual cortan y pegan secuencias de DNA en las células precursoras para dar lugar a un reagrupamiento con extra diversidad. - Secciones constantes y variables (formadas por segmentos V,D,J y la recombinación, cortes y empalmes. Exclusión alélica Tienen lugar solo en una de las copiar de los loci de la Ig y TCR, por lo que se llama exclusión alélica. También ocurre en las improntas genómicas, en donde se inactiva el cromosoma X de descendencia femenina y se puede expresar de manera indistinta la copia materna o paterna.Herramientas utilizadas por la genética molecular humanaLa clonación molecular y la PCR representan la solución al problema de obtener grandes cantidades de DNA y RNA con un grado depureza suficiente para que se posible su análisis.Clonación molecularSu objetivo es aislar un gen o cualquier otra secuencia de DNA y amplificarlo en cantidades suficientes que permitan su estudio.Implica la transferencia de una secuencia de DNA de interés a una célula de un microorganismo, lego se cultiva éste para quereproduzca la secuencia de DNAEnzimas de restricción (endonucleasas de restricción bacterianas)Enzimas que reconocen secuencias de doble cadena específicas en el DN y las escinden a nivel de los elementos de fosofodiester dela doble hélice del DNA. Son palíndromos. - EcoRI digiere las moléculas de DNA con independencia de su origen, las cadenas se pueden unir in vitro mediante la hibridación de los extremos complementarios.VectoresEs una molécula de DNA que puede replicarse de manera autónoma en un huésped, como levadura, bacterias… para después seraislado en forma pura y ser analizado. Se usa la E.coli tradicionalmenteGenotecasColección de clones cada uno de los cuales contiene un vector al que le ha sido insertado un fragmento diferente del DNA derivadodel DNA o el RNA. - Genotecas genómicas: contiene fragmentos del DNA genómica generados mediante la digestión parcial con cantidades limitantes de una enzima de restricción que efectúa cortes en los sitios presentes con una frecuencia elevada en el genoma. - Genotecas de DNA complementarias (cDNA) son preferibles por que se obtienen solo los exones. Está basada en la acción de la transcriptasa inversa, una DNA polimerasa dependiente de RNA derivada de retrovirus, que puede sintetizar una cadena de cDNA de un RNA y luego ésta a un DNA por la DNApolimerasa.Cribado de genotecas a través de hibridación con sondas de ácidos nucleicos.Identificación del clon que tiene la secuencia de interés, éntrelos millones de otros clones que tienen otros fragmentos.Se realiza mediante la técnica de hibridación de ácidos nucleicos, que solo permitan la hibridación de las bases A, T, G, C. sólo lascadenas con un emparejamiento de bases correcto pueden formar ácidos nucleicos de doble cadena estable.
  6. 6. Método de análisis de los ácidos nucleicosTransferencia de Southern: es el método estándar para analizar fragmentos de DNA generados a través de la digestión con enzimasde restricción. Cuando el DNA digerido se ha separado y teñido con colorantes fluorescentes. La capacidad es limitada, solo paramutaciones que dan lugar a un efecto apreciable. - Se analiza mediante una punción venosa, con fibroblastos de la piel en cultivo, células del líquido amniótico o de las vellosidades, biopsiasAnálisis con sondas de oligonuclétidos con especificidad de alelo: es para mutaciones en donde solo se afecta uno o pocas pares debases. La sonda es un oligonucléotido ya que es más chiquito y más sensible. Reacción en cadena de la polimerasaAlternativa a la clonación para generar cantidades ilimitades de una secuencia de interés. Puede amplificar una solo molécula deDNA, por lo que es perfecta para cuando se tienen poco tejido. Consiste en una amplificación enzimática de un fragmento de DNA(diana) localizado entre dos oligonucléotidos “cebadores”, es una plantilla y se utiliza la DNA polimerasa para sintetizar dos nuevascadenas. Este proceso se repite exponencialmente. - PCR transcriptasa inversa sintetiza primero cDNA a partir de mRNA y luego se añades cebadores de PCR y DNA polimerasaThe Language Of Genomics And Molecular GeneticsClone: a recombinant DNA molecule containing a gene or other DNA sequence of interest; also, the act of generating such a molecule. Usage: "toisolate a clone" or "to clone a gene."Complementary DNA (cDNA): a synthetic DNA made by reverse transcriptase, a special DNA polymerase enzyme that uses messenger RNA(mRNA) as a template; used to refer to either a single-stranded copy or its double-stranded derivative. Usage: "a cDNA clone," "a cDNA library,"or "to isolate a cDNA."Hybridization: the act of two complementary single-stranded nucleic acid molecules forming bonds according to the rules of base pairing (A withT or U, G with C) and becoming a double-stranded molecule. Usage: "The probe hybridized to a gene sequence." Library: a collection of recombinant clones from a source known to contain the gene, cDNA, or other DNA sequences of interest. In principle, a library may contain all the DNA or cDNA sequences represented in the original cell, tissue, or chromosome. Usage: "a muscle cDNA library" or "a human genomic library."Ligation: the act of forming phosphodiester bonds to join two double-stranded DNA molecules with the enzyme DNA ligase. Usage: "Thefragments were ligated together." Microarray: a wafer made of glass, plastic, or silicon onto which a large number of different nucleic acids have been spotted individually in a matrix pattern; often referred to as a "chip." The array is used as a target for hybridization with probes consisting of complex mixtures of cDNA or genomic DNA, in order to measure differential gene expression or DNA copy number.Northern blot: a filter to which RNA has been transferred after gel electrophoresis to separate the RNA molecules by size, named for the compasspoint, as a pun on Southern blot (see later); also, the act of generating such a filter and hybridizing it to a specific probe. Usage: "to probe aNorthern blot" or "they did a Northern."Oligonucleotide: a short strand of nucleic acid, ranging in length from a few base pairs to a few dozen base pairs, often synthesized chemically;often referred to as an oligo or oligomer. The number of bases is often written with the -mer as a suffix: a 20-mer.Primers (for PCR): two oligonucleotides, one on each side of a target sequence, designed so that one of the primers is complementary to asegment of DNA on one strand of a double-stranded DNA molecule and the other is complementary to a segment of DNA on the other strand. Aspecific pair of primers serves to prime synthesis of DNA in a PCR reaction. Usage: "I designed primers for PCR." Probe: a cloned DNA or RNA molecule, labeled with radioactivity or another detectable tracer, used to identify its complementary sequences by molecular hybridization; also, the act of using such a molecule. Usage: "the β-globin probe" or "to probe a patients DNA."Quantitative PCR: a technique that measures in real time the increase in the amount of PCR product being made during the PCR reaction. Therate of increase can be used as a measure of the amount of template present at the start of the PCR; often referred to as qPCR.Restriction endonucleases (restriction enzymes): enzymes that recognize specific double-stranded DNA sequences and cleave the DNA at or nearthe recognition site. Usage: "a restriction enzyme digest" (or just "a restriction digest") or "the restriction enzyme EcoRI."Southern blot: a filter to which DNA has been transferred, usually after restriction enzyme digestion and gel electrophoresis to separate DNAmolecules by size (named after the developer of the technique, Ed Southern); also, the act of generating such a filter and hybridizing it to aspecific probe. Usage: "to probe a Southern blot" or "they did a Southern."Vector: the DNA molecule into which the gene or other DNA fragment of interest is cloned; the resulting recombinant molecule is capable ofreplicating in a particular host. Examples include plasmids, bacteriophage lambda, and bacterial artificial chromosomes (BACs). Usage: "a cloningvector."
  7. 7. Variación genética en los individuos y las poblaciones: mutación y polimorfismoLas secuencias de DNA nuclear de dos seres humanos es idéntica en casi el 99.9%. sin embargo, es precisamente esa pequeñafracción de diferente de la secuencia del DNA la responsable de la variabilidad determina genéticamente entre las personas.MutaciónMutación: se define como cualquier cambio en la secuencia de un nucleótido o en la organización del DNA.NO todas las mutaciones tienen consecuencias clínicas. Algunas mutaciones pueden conducir a la pérdida completa de la expresiónde ese gen o a la formación de una proteína variante con propiedades alteradas. Sin embargo, algunos cambios en el DNA puedenno tener efecto fenotípico - Una mutación en un gen no puede presentar efectos porque el cambio altera la secuencia primaria de aa o porque aunque lo haga, el cambio resultante en la codificación de ese aminoácido no modifica las propiedades funcionales de la proteína.Si la mutación ocurre en el DNA de las células que formarán la línea germinal, esa mutación puede transmitirse a las generacionesfuturas, pero si las mutaciones ocurren en DNA de células somáticas se producen por azar en sólo un subconjunto de células deciertos tejidos y dan lugar a mosaicismo somático (como en muchos tipos de cáncer) y no pueden ser transmitidas a la siguientegeneración.Las mutaciones se clasifican en: Mutaciones Las mutaciones que afectan el número de cromosomas intactas (denominadas aneuploidías) que se originan genómicas de errores en la segregación de los cromosomas durante la mitosis o la meiosis. - Son las que con más frecuencia se observan en los seres humanos. - Responsables de la trisomía 21 - Muchas de estas pueden ser incompatibles con la vida, por lo que el feto se aborta espontáneamente sin llegar a ser detectado. Mutaciones Las mutaciones que alteran la estructura de un cromosoma en concreto por reordenación cromosómica. cromosómicas - Por duplicación o triplicaciones parciales, las deleciones, las inversiones y las traslocaciones. - Rara vez se perpetúan de generación en generación porque son incompatibles con la vida. Mutaciones Las mutaciones que alteran genes concretos. Van desde una mutación tan pequeña como la de un solo génicas nucleótido hasta cambios que pueden afectar a muchos millones de pares de bases (inserción y deleción). Se originan de dos mecanismos básicos, aunque algunas son espontáneas por agentes mutágenos. Errores producidos en la replicación del DNA Normalmente, la mayor parte de los errores al replicar el DNA se corrigen en el momento por enzimas reparadoras de DNA que primero recortan la cadena aberrante y sustituyen las bases complementarias, en un proceso que se llama “corrección de pruebas”. Mutación por fallo en la reparación del DNA dañado Cuando el DNA es dañado por depurinación, desmetilación, desanimación debido a reacciones con mutágenos químicos, por exposición a radiación, luz UV, etc. El daño resulta en una mutación permanente.Mecanismos de mutaciones y sus consecuenciasSustituciones de nucléotidosMutaciones de La sustitución de un único nucléotido (o mutación puntual) en una secuencia de DNA puede alterar elcambios de sentido código en un triplete de bases y alterar el “significado” de la cadena codificante. - Ejemplo: hemoglobinopatíasMutaciones sin Mutaciones que ocasionan una terminación prematura de la traducción) porque al cambiar las paressentido de bases crean un codón de terminación. Las consecuencias son: a. El mRNA que se creó de esa mutación es inestable y se degrada. Imposibilita la traducción b. Puede a veces destruir el codón de terminación y permitir que la traducción continué sin se parada, y da una proteína con aminoácidos adicionales.Mutaciones del Mutación que destruye los sitios de empalme de consenso (corte y empalme), sitios caperuza y sitiosprocesamiento del de poliadenilación. Estos procesos responden a secuencias específicas dentro del mismo mRNA.RNA Existen dos tipos generales de mutaciones de sitios de corte y empalme: - Para que los intrones de RNS no procesado se separen y los exones se empalmen es necesaria una secuencia en mRNA situada en la unión exón-intrón (sitio donante 5’ o sitio aceptante 3’). - Mutación de sustitución de bases del intrón que no afecta a la secuencia misma de los sitios donantes y aceptantes pero que compiyen con sitios normales durante el procesamiento.Puntos críticos de Hay puntos donde se tiene más tendencia para la mutación. La principal forma de modificar el DNA
  8. 8. mutación humano es por medio de metilación de los residuos de citosina (formando la 5’metilcitosina) sobre todo cuando están situados enmediatamente 5’a una guanina. - Transición: sustitución de una purina por otra purina o una pirimidina por pirimidina - Trasnversión: sustitución de una purina por pirimidina o al revés. Deleciones e inserciones (también inserción, inversión, fusión y deleción de secuencias de NDA) Estas mutaciones suelen detectarse por trasferencia Southern del DNA de un paciente o por PCR. Deleciones e Sólo en u número pequeño de pares de bases. inserciones pequeñas Cuando el número de bases implicadas NO es múltiplo de tres y cuando ocurren en una secuencia codificante, el marco de lectura se altera empezando desde el punto donde ocurre deleción o inserción. Entonces se puede decir que se produce una mutación de cambio de sentido. Deleciones e Mutaciones en una estructura suficientemente grande como para ser detectada mediante inserciones grandes transferencia Southern. Recombinación Deleción o duplicación mediadas por la recombinación entre secuencias muy similares o idénticas de DNA. (ejemplo: secuencias de DNA repetitivo Alu en intrones del gen de receptor de LDL: hipercolesterolemia familiar) - Entrecruzamiento desigual, donde una recombinación que se produzca entre cromosomas mal apareados o entre cromátides hermanas que pueden ocasionar deleción o duplicación Mutaciones dinámicas Implican la amplificación de secuencias repetidas de codones. - En el caso de repetición en una región codificante, como en el caso de la enfermedad de Huntington Ocasionará un producto proteico anormal. - En el caso de repetición en una región transcrita pero no traducida de un gen, como el síndrome del X frágil. No ocasionará un producto génico normal porque NO codifica pero sí altera la transcripción, el procesamiento o la traducción.Tasas de mutación en la línea germinal en seres humanosLa tasa de mutación de un gen suele expresarse como el número de nuevas mutaciones por locus por generación. - Se mide la incidencia de casos nuevos y esporádicos de una enfermedad genética autosómica dominante o ligada al X que tenga una penetrancia completa y fenotipo reconocible con claridad en el momento del nacimiento o poco después. - La tasa de mutación general es alrededor de 10-4 a 10-6 por locus por generación, con mediana de 10-6. o Si tomamos 10-6 y dado que existen 25,000 genes en el genoma, hay riesgo de 2.6% de mutación nueva en un locus por generación o Quiere decir que es probable que al menos 1 de casa 40 personas haya recibido un gen mutado nuevo de uno de sus progenitores.Diferencias de género en las tasas de mutacionesLas nuevas mutaciones pueden producirse en la línea germinal durante cualquier división mitótica, y durante la división meiótica enla espermatogénesis y ovogénesis.MujeresSe especula que mientras más tiempo pasen los ovocitos sin ser fecundados (en arresto meiótico II), hay mayores probabilidades deque se produzca la no disyunción. Esto ayuda a explicar porque las trisomías autosómicas de los cormosomas 13. 18 y 21 al igual queen la aneuploidía se los cromosomas sexuales 47XXX ocurren entre 80-100% de las veces en la línea germinal materna, y el aumentoen su frecuencia al aumentar la edad de ésta.HombresEn cambio se tiene una serie de divisiones celulares continuas a lo largo de la vida, y si contamos que hay una base de error dereplicación de 10-10 por base de DNA por división celular, cada espermatogonia diploide tiene 6x109 pares de bases de DNA y 0.6mutaciones nuevas casa vez que se replique antes de la meiosis (como se cree que tenga 30 divisiones prepuberales y 270pospuberales, se tienen 180 mutaciones en algún punto del DNA) - Enfermedades como acondroplasia, síndrome de Apert, Pfeiffer o Crouzon (craneosinostosis) y MEN2A y MEN2B, síndrome de Duchenne, enfermedad de Huntington, tienen mutaciones responsables en la línea paterna que se incrementan con la edad.Diversidad genéticaPolimorfismo genético: la secuencia de DNA en exactamente el mismo punto de un cromosoma es muy similar en los cromosomasde muchos individuos del mundo, - Cuando una variante es tan común que se encuentra en más del 1% de la población general, constituye lo que se conoce
  9. 9. como polimorfismo genético - Cuando las variantes son en frecuencia menor a 1% se le conoce como variante rara.Existen muchos tipos de polimorfismo, algunos se producen de centenares de millones de pares de bases, y son originadas pordeleciones, duplicaciones, triplicaciones, etc… NO se asocian con ningún genotipo de enfermedad, pero constituyen un elementoclave en la investigación y práctica de la genética humana. Son un tema de estudio en bancos de sangre, tipificación de tejidos paratrasplantes y transfusiones.Tipos de polimorfismos de DNA que se clasifican de acuerdo con la variación de la secuencia del DNA Polimorfismo de un nucleótido Son los polimorfismos de sólo dos alelos que corresponden a dos bases de distintas que ocupan un determinado sitio en el genoma. - Se ha elegido un subconjunto de 10% aprox de los polimorfismos de un nucleótido más frecuentes para usarlos como marcadores en un mapa de haplotipos. Polimorfismo de inseción- Comprende las variaciones producidas por la inserción o la deleción (indels) de entre 2 y 100 deleción nucleótidos. - La mitad son simples, pero solo tienen dos alelos - La mitad son multialélicos, porque poseen un número variables de un segmento de DNA que se repite en tándem en un determinada localización. o Microsatélites (STRP): polimorfismo cortos de repetición en tándem o Minisatélites (VNTR): repetición en tándem con número variable de copias. La detección simultánea de polimorfismos VNTR fue uno de los primeros métodos de determinación de la huella de DNA usados en la prueba de indentidad.Variación heredada y polimorfismo en las proteínasAunque todos los polimorfismos son, en última instancia, el resultado de las diferencias en la secuencia de DNA, se han estudiadoalgunos loci polimórficos mediante el examen de las variaciones en las proteínas codificadas por respectivos alelos - La individualidad química, notable grado en la fabricación de enzimas y productos génicas.Polimorfismos de los grupos sanguíneosLos primeros ejemplos de variación de proteínas genéticas determinadas fueron detectados en los antígenos encontrado en lasangre, llamados de los grupos sanguíneos.Sistema ABO (los determina locus en el cromosoma 9, AB se determina como codominante y O como recesivo)4 tipo sanguíneos (A,B, O, AB) en presencia de dos antígenos, A y B en la superficie de los eritrocitos y dos anticuerpos en elplasma antiA y antiB. - El alelo B codifica la glicosiltransferasa que reconoce de manera preferente el azúcar D-galactosa y lo añade al término de una cadena oligosacárido que contiene el antígeno H, creando así el antígeno B. - El alelo A codifica una forma ligeramente diferente de la enzima que reconoce de manera preferente la N- acetilgalacrosamina en lugar de D-galactosa y no detecta el antígeno H. - El alelo O tiene una deleción de un único par de bases en el gen ABO que codifica la región, elimina la actividad de la transferada en los individuos tipo OSistema Rh (cromosoma 1)Enfermedad hemolítica del recién nacidoLas personas Rh negativas forman anticuerpos anti-Rh tras la exposición a eritrocitos Rh-positivos (problema cuando la mujerembarazada es Rh negativo y tiene un bebé Rh positivo, en el segundo embarazo porque forma anticuerpos antiRh. - Se trata mediante inyección de inmunoglobulina Rh entre las semanas 28-32 de gestación y otra después del partoComplejo mayor de histocompatibilidadMHC se compone de un gran grupo de genes situados en el brazo corto del cromosoma 6. Los alelos de HLA son codominantes, cadaprogenitor tiene dos haplotipos y expresa ambos. Estos loci están situados tan cerca unos de otros que, en una familia, el haplotipoentero puede trasmitirse como un bloque único al hijo. - Los loci HLA son los determinantes principales de la tolerancia al trasplante y del rechazo al injerto, por lo que desempeñan un importante papel en la medicina del trasplante (trasplante de órganos sólidos, pero de médula ósea tiene enfermedad del injerto contra huésped)
  10. 10. Variación genética de las poblaciones: Ley de Hardy-WeinbergEs para el cálculo de las frecuencias genotípicas a partir de las frecuencias alélicas. La fórmula es una binomial que tiene AA, Aa, aaosea (p+q)2 = p2 + 2pq + q2 La ley de Hardy Weinberg se basa Las excepciones al cumplimiento de la regla de existencia de poblaciones grandes y de en estos supuestos emparejamiento aleatorios son: 1. La población es grande y a. Estratificación: población contiene subgrupos los emparejamientos se b. Emparejamiento dirigido , tendencia a elegir parejas con problemas médicos similares efectúan al azar con c. Consanguinidad y endogamia respecto al locus en Las excepciones al mantenimiento de las frecuencias alélicas constantes: cuestión a. Deriva genética en poblaciones pequeñas (en poblaciones grandes estos efectos se diluirían) distribución no aleatoria de alelos en determinadas subpoblaciones 2. Las frecuencias alélicas - Efecto fundador, cuando una subpoblación se separa de la original mayor. permanecen constantes a - Ventaja heterocigótica, es posible que existan ventajas ambientales para los lo largo del tiempo: heterocigotos como en la malaria y hemoglobinopatías. a) Tasa de mutación es b. Mutación inapreciable c. Selección: b) Los individuos tienen la Depende de su eficacia biológica (fitness o f) que es una medida de hijos de las misma capacidad de personas afectadas que sobreviven hasta la edad reproductiva. emparejarse - F=1 cuando tiene la misma posibilidad de estar representado en la siguiente c) No hay inmigración generación que un alelo normal significativa - F=0 cuando alelo causa muerte o esterilidad, la selección actúa contra él de forma radical Coeficiente de selección 1-f y cuando la enfermedad genética limita la reproducción de forma tan grave que la eficacia biológica es cero. d. Migración y flujo génico (lenta difusión de genes a través de una barrera reproductiva, recial, cultural y no necesariamente geográfica)

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